异质结构tiolt2gt纳米光催化薄膜的制备与应用研究

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1、摘要随着环境问题的日益突出，纳米光催化技术越来越得到全球性的关注。尤其是纳米Ti02光催化材料在太阳能转换与存储、污水处理、空气净化、除菌保洁、自洁防雾等方面表现出的优异性能，显示出了其重要的使用价值。由于多相光催化体系存在的催化剂易失活、不易回收等弱点，从而纳米材料的固化技术成为目前研究纳米Ti02光催化材料的热点。本论文是在深入学习半导体光催化理论和课题组前期研究的基础上，采用溶胶凝胶原理，制备了Ti02异质结构纳米光催化薄膜和稀七离子掺杂改性的纳米Ti02光催化薄膜以及将这两种技术相结合的复合薄膜，分析了工艺参

2、数与材料的微观结构及性能之fuj的关系，得到了具有实际应用价值的结果。主要研究内容及结论如下：本研究获得了溶胶一凝胶法制备Ti02光催化薄膜的各项主要工艺参数。实验取得了制备薄膜的各种溶胶的最佳配比，溶胶的陈化时间，薄膜的最佳厚度及合理的热处理制度等主要工艺参数。所制备的薄膜中为Ti02锐钛矿相。研究了Si02、Zr02、ZrTi04过渡层对Ti02薄膜光催化性能的影响规律。研究表明，过渡层使Ti02晶格结构发生了畸变，使薄膜的表面粗糙度增大；异质结构薄膜光催化性能的提高是过渡层与Ti02催化剂层共同作用的结果；以Z

3、rTi04、Si02、Zr02为过渡层的异质结构薄膜和纯Ti02薄膜相比，薄膜的表面形貌得到了改善，具有更为优异的光催化性能。利用陶瓷厂喷涂设备，参考陶瓷施釉工艺方法，在普通陶瓷釉而砖表面制备得到了具有异质结构的纳米抗菌陶瓷产品。所制各的抗菌陶瓷具有较强的抗菌作用，并对造纸废水也有较强的降解作用。研究了在Til．。Zr。02薄膜中掺杂稀土离子La3+、ce3+以及离子共掺杂与ZrTi04过渡层的共同作用对Ti02薄膜光催化性能的影响。引入ce”可抑制晶粒长大，减少晶粒之间的团聚，增大了薄膜的有效催化表面积：Laj+、

4、Ce”可使薄膜的吸收边红移，能更充分的利用太阳光。研究表明，离子掺杂改性与过渡层的共同作用能显著提高Ti02薄膜的光催化性能。综上所述，本文通过对Ti02异质结构光催化纳米薄膜以及离子掺杂改性的Ti02光催化薄膜的系统研究，在Ti02纳米光催化薄膜的制备工艺、对有机物降解效果的评价、光催化作用机理以及其在实际环境中的抗菌作用和对废水的处理效果评价等方面取得了许多有意义的结果，具有一定的创新性，为进一步研究Ti02光催化薄膜的应用奠定了基础。关键词：溶胶凝胶法：Ti02薄膜；离子掺杂：光催化作用；异质结构ABSTRAC

5、TWiththeincreasingponderanceofenvironmentalproblem，thephotocatalytictechnologyisglobalpaidattentiontoandregardedmoreandmore．Asithasexpressedtheoutstandingpropertyonconversionandstoringofsolarenergy、sewagetreatment，airpurification，antibacterialaction，self-cleani

6、ngantifogging，nanometerTi02hasbecomethemostconspicuousenvironmentalpurificationmaterialandhasimportantscientificmeaningandappliedvalue．Thesolidifyingtechnologyofllano-materialhasbecomethehotspotofstudyingTi02photocatalyticnona—meterialbecausetheTi02multiphaseph

7、otocatalyticsystemhasshortcomingsofeasyinactivityanddifficultcallbackoftheTi02photocatalyst．Inthispaper,onthefoundationoflearningthephotocatalytictheoryofsemiconductorandsummarizingtheformerstudyonnano-scaledTi02photocatalyst，wepreparedheterostructurenanometerp

8、hotocatalyticthinfilms，rareearthion—dopedthinfilms，andheterostructurerareearthion—dopedthinfilmsbySol—gelmethod．Weanalyzedtheconnectionofthepreparingtechnicalparameters，thep